[个人独立开发者技术能力栈]Docker 系列简明教程1——基础入门

Docker 系列简明教程1——基础入门

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  • 运维
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  • Linux 基础

# 思维导图

Docker系列简明教程——基础入门

一、简介

1.1 技术背景

每一项新技术的诞生，起初都是为了解决一个或多个问题。
Docker 也是如此。

环境配置的难题

软件开发最大的麻烦事之一，就是环境配置。

软件的运行环境千差万别，开发环境、测试环境、生产环境……等等。这台机器可以跑，那台机器或许就跑不起来。用户必须保证两件事：操作系统的设置，各种库和组件的安装。只有它们都正确，软件才能运行起来。

如果某些老旧的模块与当前环境不兼容，那就更麻烦了。

环境配置是如此麻烦，换一台机器，我们就要重来一次。很多人想，能不能从根本上解决问题，让软件可以带环境安装？

也就是说，安装的时候，把原始环境一模一样地复制一份过来。

当然，答案是肯定的。

解决方案

（1）虚拟机

虚拟机（virtual machine）就是带环境安装的一种解决方案。它可以在一种操作系统里面运行另一种操作系统。

应用程序对此毫无感知，因为虚拟机看上去跟真实系统一模一样。而对于底层系统来说，虚拟机就是一个普通文件，不需要了就删掉，对其他部分毫无影响。

虽然用户可以通过虚拟机还原软件的原始环境。但是，这个方案也有几个缺点。

（1）资源占用多

虚拟机会独占一部分内存和硬盘空间。它运行的时候，其他程序就不能使用这些资源了。哪怕虚拟机里面的应用程序，真正使用的内存只有 1MB，虚拟机依然需要几百 MB 的内存才能运行。

（2）冗余步骤多

虚拟机是完整的操作系统，一些系统级别的操作步骤，往往无法跳过，比如用户登录。

（3）启动慢

启动操作系统需要多久，启动虚拟机就需要多久。可能要等几分钟，应用程序才能真正运行。
（2）Linux 容器

由于虚拟机存在这些缺点，Linux 发展出了另一种虚拟化技术：Linux 容器（Linux Containers，缩写为 LXC）。

Linux 容器不是模拟一个完整的操作系统，而是对进程进行隔离。或者说，在正常进程的外面套了一个保护层。对于容器里面的进程来说，它接触到的各种资源都是虚拟的，从而实现与底层系统的隔离。

由于容器是进程级别的，相比虚拟机有很多优势。

（1）启动快

容器里面的应用，直接就是底层系统的一个进程，而不是虚拟机内部的进程。所以，启动容器相当于启动本机的一个进程，而不是启动一个操作系统，速度就快很多。

（2）资源占用少

容器只占用需要的资源，不占用那些没有用到的资源；虚拟机由于是完整的操作系统，不可避免要占用所有资源。另外，多个容器可以共享资源，虚拟机都是独享资源。

（3）体积小

容器只要包含用到的组件即可，而虚拟机是整个操作系统的打包，所以容器文件比虚拟机文件要小很多。

总之，容器有点像轻量级的虚拟机，能够提供虚拟化的环境，但是成本开销小得多。

1.2 Docker 是什么

Docker 属于 Linux 容器的一种封装，提供简单易用的容器使用接口。基于 Go 语言，并遵从 Apache2.0 协议开源，于2013年发布。它是目前最流行的 Linux 容器解决方案。

Docker 可以让开发者把他们的应用以及依赖打包到一个文件里。运行这个文件，就会生成一个轻量级、可移植的虚拟容器。应用程序在这个虚拟容器里运行，就好像在真实的物理机上运行一样。

有了 Docker，就不用担心环境问题。

1.3 Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前主要有三大类。

（1）提供一次性的环境。比如，本地测试他人的软件、持续集成的时候提供单元测试和构建的环境。

（2）提供弹性的云服务。因为 Docker 容器可以随开随关，很适合动态扩容和缩容。

（3）组建微服务架构。通过多个容器，一台机器可以跑多个服务，因此在本机就可以模拟出微服务架构。

1.4 Docker 的版本

Docker 是一个开源的商业产品，从 17.03 版本之后分为 CE（Community Edition: 社区版） 和 EE（Enterprise Edition: 企业版），企业版包含了一些收费服务，个人开发者一般用不到。我们用社区版就可以了。

二、安装

Docker CE 的安装请参考官方文档。

官方文档是英文的，喜欢中文文档的童鞋也可参考菜鸟教程的。

安装完成后，运行下面的命令，验证是否安装成功。

$ docker version
# 或者
$ docker info

Docker 需要用户具有 sudo 权限，为了避免每次命令都输入sudo，可以把用户加入 Docker 用户组。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是服务器/客户端架构。命令行运行docker命令的时候，需要本机有 Docker 服务。如果这项服务没有启动，可以用下面的命令启动。

# service 命令的用法
$ sudo service docker start

# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

# 换源

国内从 DockerHub 拉取镜像有时会遇到困难，此时可以配置镜像加速。Docker 官方和国内很多云服务商都提供了国内加速器服务，例如：

当配置某一个加速器地址之后，若发现拉取不到镜像，请切换到另一个加速器地址。国内各大云服务商均提供了 Docker 镜像加速服务，建议根据运行 Docker 的云平台选择对应的镜像加速服务。

各平台换源的操作步骤请参考官方文档：https://www.docker.com/registry-mirror

或者菜鸟教程：https://www.runoob.com/docker/docker-mirror-acceleration.html

然后检查加速器是否生效：

$ docker info

三、Docker 的架构与核心概念

Docker 包括三个基本概念:

  • 镜像（Image）：
    Docker 镜像（Image），就是一个二进制文件。Docker 把应用程序及其依赖，打包在 image 文件里面。只有通过这个文件，才能生成 Docker 容器实例，image 文件可以看作是容器的模板。同一个 image 文件，可以生成多个同时运行的容器实例。实际开发中，一个 image 文件往往通过继承另一个 image 文件，加上一些个性化设置而生成。

  • 容器（Container）：
    Image 文件生成的容器实例，本身也是一个文件，称为容器文件。镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

  • 仓库（Repository）：
    仓库可看成一个代码控制中心，用来保存镜像文件。Docker 的官方仓库 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 仓库。类似于GitHub。

    •   一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。
  
  通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。

Docker 镜像和容器的关系：

Docker 面向对象
容器 对象
镜像 类

# Docker 架构

img

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。

  • Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker SDK (https://docs.docker.com/develop/sdk/) 与 Docker 的守护进程通信。
  • Docker 主机(Host)：一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。
  • Docker Machine：Docker Machine是一个简化Docker安装的命令行工具，通过一个简单的命令行即可在相应的平台上安装Docker，比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

四、实例：HelloWorld

下面，我们通过最简单的 image 文件"hello world"(https://hub.docker.com/r/library/hello-world/)，感受一下 Docker。

首先，运行下面的命令，将 image 文件从仓库抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world

查看本机image文件

$ docker image ls

运行这个image文件

$ docker container run hello-world

查看运行结果

Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.

... ...

输出这段提示以后，hello world就会停止运行，容器自动终止。

有些容器不会自动终止，因为提供的是服务，需要一直运行。加-d参数后台模式启动，如docker run -d xxx。默认不会进入容器，想要进入容器需要使用指令 docker exec。

查看本机容器文件

# 列出本机正在运行的容器
$ docker container ls

# 列出本机所有容器，包括终止运行的容器
$ docker container ls --all

# 或者
$ docker ps

手动终止容器运行

$ docker container kill [containID]

删除容器文件

$ docker container rm [containerID]

删除镜像文件

$ docker image rm [imageName]

# 命令小结

  • docker image pull：抓取 image 文件。
    library/hello-world是 image 文件在仓库里面的位置，其中library是 image 文件所在的组，hello-world是 image 文件的名字。由于 Docker 官方提供的 image 文件，都放在library组里面，所以它的是默认组，可以省略。写成这样docker image pull hello-world。
  • docker image ls：查看本机image文件列表。
  • docker container run：从 image 文件，生成一个正在运行的容器实例。
    它还具有自动抓取 image 文件的功能。如果发现本地没有指定的 image 文件，就会从仓库自动抓取。
  • docker container ls：列出本机正在运行的容器列表。输出结果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供这个 ID。
  • docker container kill：终止容器运行。
  • docker container rm：删除容器文件。
  • docker image rm：删除镜像文件。

# 容器的状态

  • created（已创建）
  • restarting（重启中）
  • running（运行中）
  • removing（迁移中）
  • paused（暂停）
  • exited（停止）
  • dead（死亡）

五、制作镜像(Image)文件

5.1 Dockerfile 文件

它是一个文本文件，用来配置 image。Docker 根据 该文件生成二进制的 image 文件。

5.2 实例：制作自己的 Docker 容器

下面我以 koa-demos 项目为例，介绍怎么写 Dockerfile 文件，实现让用户在 Docker 容器里面运行 Koa 框架。

（1）首先，下载源代码

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git
$ cd koa-demos

（2）在项目的根目录下，新建一个文本文件.dockerignore

# 表示这三个路径要排除，不要打包进入 image 文件。如果你没有路径要排除，这个文件可以不新建。
.git
node_modules
npm-debug.log

（3）然后，在项目的根目录下，新建一个文本文件 Dockerfile

FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000
CMD node demos/01.js

  •   FROM node:8.4：该 image 文件继承官方的 node image，冒号表示标签，这里标签是8.4，即8.4版本的 node。
  COPY . /app：将当前目录下的所有文件（除了.dockerignore排除的路径），都拷贝进入 image 文件的/app目录。
  WORKDIR /app：指定接下来的工作路径为/app。
  RUN npm install：在/app目录下，运行npm install命令安装依赖。注意，安装后所有的依赖，都将打包进入 image 文件。
  EXPOSE 3000：将容器 3000 端口暴露出来， 允许外部连接这个端口。
  CMD node demos/01.js：它表示容器启动后自动执行node demos/01.js，只能有一个CMD命令。

（4）创建 image 文件

$ docker image build -t koa-demo .
# 或者
$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

# 查看image文件
$ docker image ls

  •   -t参数用来指定 image 文件的名字
  
  冒号指定标签。如果不指定，默认的标签就是latest。
  
  最后的那个点表示 Dockerfile 文件所在的路径

（5）生成容器

$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
# 或者
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash

# 如果指定了CMD命令以后，docker container run命令就不能附加命令了（比如前面的/bin/bash），否则它会覆盖CMD命令。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

  •   -p参数：容器的 3000 端口映射到本机的 8000 端口。
  
  -it参数：容器的 Shell 映射到当前的 Shell，然后你在本机窗口输入的命令，就会传入容器。exit命令或Ctrl+D退出交互。
  
  koa-demo:0.0.1：image 文件的名字（如果有标签，还需要提供标签，默认是 latest 标签）。
  
  /bin/bash：容器启动以后，内部第一个执行的命令。这里是启动 Bash，保证用户可以使用 Shell。
  
  --rm参数：在容器终止运行后自动删除容器文件。

（6）发布 image 文件

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 注册一个账户。然后，用下面的命令登录。

$ docker login

接着，为本地的 image 标注用户名和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]
# 实例
$ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1

也可以不标注用户名，重新构建一下 image 文件。

$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .

最后，发布 image 文件。

$ docker image push [username]/[repository]:[tag]

发布成功以后，登录 hub.docker.com，就可以看到已经发布的 image 文件。

六、其他常用命令

（1）docker container start

它用来启动已经生成、已经停止运行的容器文件，重复使用容器。docker container run命令是新建容器。

$ docker container start [containerID]

（2）docker container stop

向容器里面的主进程发出 SIGTERM 信号，然后过一段时间再发出 SIGKILL 信号。docker container kill命令终止容器运行，发出 SIGKILL 信号。
这两个信号的差别是，应用程序收到 SIGTERM 信号以后，可以自行进行收尾清理工作，但也可以不理会这个信号。如果收到 SIGKILL 信号，就会强行立即终止，那些正在进行中的操作会全部丢失。

$ bash container stop [containerID]

（3）docker container logs

用来查看 docker 容器的输出，即容器里面 Shell 的标准输出。如果docker run命令运行容器的时候，没有使用-it参数，就要用这个命令查看输出。

$ docker container logs [containerID]

（4）docker container exec

用于进入一个正在运行的 docker 容器。如果docker run命令运行容器的时候，没有使用-it参数，就要用这个命令进入容器。一旦进入了容器，就可以在容器的 Shell 执行命令了。

$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash

（5）docker container cp

用于从正在运行的 Docker 容器里面，将文件拷贝到本机。下面是拷贝到当前目录的写法。

$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .

（6）docker command --help

更深入的了解指定的 Docker 命令使用方法。

# 相关链接

Docker 官网：https://www.docker.com

Github Docker 源码：https://github.com/docker/docker-ce

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/02/docker-tutorial.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/02/docker-wordpress-tutorial.html

https://www.runoob.com/docker/docker-tutorial.html

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